[发明专利]基于摩擦纳米发电机容性负载匹配效应的自驱动传感系统

权利要求书

1.基于摩擦纳米发电机容性负载匹配效应的自驱动传感系统，其特征在于，包括：

用于检测传感信号的电容式传感器；以及

摩擦纳米发电机，与所述电容式传感器相连，且配置成用于将外部的机械能转化为电能，并向所述电容式传感器供电；

报警器，其以并联的方式连接在所述电容式传感器的两端，用于在所述电容式传感器两端的电压大于一电压阈值时发出声和/或光报警信号；

其中，所述电容式传感器与所述摩擦纳米发电机具有相匹配的电容；

所述电容式传感器的电容选择为20pF-2nF中任一电容值；

所述电容式传感器并联在所述摩擦纳米发电机的两端，所述摩擦纳米发电机受稳定外力驱动时，总电荷量O_sc不变，输出电压V的公式表示为：其中，O_sc为产生的总电荷量，C为摩擦纳米发电机的固有电容，C_x为所述电容式传感器的电容；所述摩擦纳米发电机的输出不受频率影响。

2.根据权利要求1所述的自驱动传感系统，其特征在于，所述报警器选择成仅能依靠所述摩擦纳米发电机驱动。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的自驱动传感系统，其特征在于，所述电容式传感器包括至少一个传感单元，每一所述传感单元包括两块平行板电极和一层极间介质；

通过选择所述平行板电极和所述极间介质的材料以及调控所述电容式传感器的尺寸，使得所述电容式传感器的电容变化范围与所述摩擦纳米发电机的本征电容相匹配。

4.根据权利要求3所述的自驱动传感系统，其特征在于，所述电容式传感器设置成通过调控其极间介质的厚度和/或层数来使得所述电容式传感器的电容值为20pF-2nF中任一电容值。

5.根据权利要求3所述的自驱动传感系统，其特征在于，所述电容式传感器包括：

多层极间介质，每一极间介质的材料均为硅橡胶材料，且均具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，每一极间介质沿着相邻的极间介质的第一表面或第二表面进行层叠布置；

多个电连接的正电极层，每一正电极层布置在一层极间介质的第一表面或第二表面上；

多个电连接的负电极层，每一负电极层布置在一层极间介质中的第一表面或第二表面上；

其中，每一极间介质均布置有正电极层和负电极层，一层极间介质的正电极层和负电极层不同时布置在该层极间介质的第一表面或第二表面上，任意相邻两个极间介质共用一个正电极层或负电极层。

6.根据权利要求5所述的自驱动传感系统，其特征在于，所述正电极层设置成在所述极间介质的第一表面或第二表面上沿着第一预设方向延伸，并至少从所述第一表面或第二表面的一端延伸至另一端；

所述负电极层设置成在所述极间介质的第一表面或第二表面上沿着第二预设方向延伸，并至少从所述第一表面或第二表面的一端延伸至另一端。

7.根据权利要求6所述的自驱动传感系统，其特征在于，所述第一预设方向和所述第二预设方向设置成使得所述正电极层和所述负电极层交错布置，以防止所述正电极层和所述负电极层电导通。

8.根据权利要求6所述的自驱动传感系统，其特征在于，多个所述正电极层是由一个正电极通过多次折叠形成的，所述正电极是由正电极材料形成；

多个所述负电极层是由一个负电极通过多次折叠形成的，所述负电极是由负电极材料形成。